Диссертация (1102719), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Этоозначает, что при достижении на переднем фронте импульса интенсивности, достаточной дляпервичной ионизации, кластер, состоящий из многоатомных молекул, будет иметь большуюэлектронную плотность. Кроме этого, молекулы имеют относительно низкий порог ионизации(SF6≈15 эВ, CF3I≈10 эВ, CF2Cl2≈12 эВ [218]). Это приведет к эффективному поглощениюлазерной энергии и, соответственно, к увеличению выхода рентгеновского излучения.Во-вторых, атомы серы, йода и хлора имеют характеристические рентгеновские линии,находящиеся в диапазоне 3 кэВ:K=2,3 кэВ (для серы), L=4, L=4,2 кэВ (для йода) иK=2,6 кэВ, K=2,8 кэВ (для хлора).
Энергии порядка 3 кэВ соответствует характеристическаярентгеновская линия аргона. Кластеризация аргона [8], взаимодействие его кластеров с97фемтосекундным лазерным излучением и последующая генерация характеристическогорентгеновского излучения [10] подробно описаны в ряде работ и предыдущей главе.Имеющиеся данные по выходу рентгеновского излученияпри взаимодействии лазерногоизлучения с кластерами аргона удобно использовать в качестве опорных при проведениисравнительных экспериментов. Характеристическое рентгеновское излучение в данномдиапазоне представляет практический интерес, так как для его генерации достаточно дажеумеренных интенсивностей воздействующего лазерного излучения (I≥1015Вт/см2) [211].Длянаиболееэффективнойкластеризациивыбранныхмолекулярныхгазов,используются их смеси с легкими атомарными благородными газами, например, аргоном илигелием [219].
Кластеризация молекул SF6достаточного хорошо изучена [14]. Из-заотносительно высокой температуры конденсации кластеры SF6 образуются на ранних этапахрасширения. При парциальной концентрации SF6 и Ar (1:8) и максимальном давлении 7 атм,использованной в работе [14], средний диаметр кластеров SF6 оказался порядка 60 нм, чтосоответствует числу молекул в нем 1,2∙106 и плотности кластеров достигающей 1010 см−3 [14].При повышении давления рабочей смеси до 20 атм размер кластера SF6 может увеличиться до100 нм с количеством частиц в нем около 107.
Отметим, что в смеси SF6-Ar (1:8) атомы аргонане образуют кластеры [129].Процесс кластеризации CF3I и CF2Cl2 исследовался менее подробно. В [220]наблюдалась кластеризация CF3I в смеси с Ar (пропорция 1:15) уже при давлении около0,15 атм, а в [221] – кластеризация CF2Cl2 в смеси с Ar (пропорция 1:20) при давлении 1,7 атм, вто время, как при давлении 1,1 атм кластеризация отсутствовала . Можно ожидать, чтомолекулы CF3I и CF2Cl2 в смеси с газом-носителем Ar (или He) могут также образовыватькрупные кластеры при давлениях ≈30 атм.
Причем кластеризация этих молекул будетэффективно проходить в смеси, более бедной относительно выбранной смеси SF 6-Ar (1:8), всилу наличия в молекулах большего числа низколежащих колебательных уровней, дляпонижения колебательной энергии которых требуется более высокая концентрация газаносителя.Возникновение процесса кластеризации в выбранных смесях контролировалось спомощью ПЭП.
Так, на Рис. 4. 1 показан типичный вид сигнала, полученного с ПЭП.Отрицательный пик свидетельствует о наличии кластеризации и был зарегистрирован длясмесей SF6-Ar и CF3I-Ar с давлением до 5 атм. Детектирование газокластерных струй в нашихэкспериментальных условиях ограничивалось малыми давлениями в связи с тем, что сигналбыстро выходил на насыщение.98Рис. 4. 1. Сигнал полученный с ПЭП при использовании смеси SF6-Ar, общим давлением 5 атм.Также была проведена характеризация газокластерных струй методом рэлеевскогорассеяния.
Получены зависимости сигнала рэлеевского рассеяния от давления смесей SF6-Ar(пропорция 1:8) и CF3I-Ar (1:15) и чистого аргона (Рис. 4. 2).1500R, мВ1000ArCF3I-Ar (1:15)2,9~0,01PSF6-Ar (1:8)3~0,01P5003,2~0,001P010203040p, атм5060Рис. 4. 2. Амплитуда сигнала рэлеевского рассеяния (R) для смесей SF6-Ar (1:8) и CF3I-Ar (1:15) и чистого аргона в зависимостиот давления (p).Сигнал рэлеевского рассеяния аппроксимируется кубической функцией давления во всехслучаях, что свидетельствует о наличии процесса кластеризации [10]. В случае молекулярныхкластеров сигнал практически идентичен и превышает сигнал для кластеров аргона в три раза вобласти 30 атм.
В связи с тем, что:(1) рэлеевское рассеяние растет с увеличением размера и концентрации кластеров,(2)концентрациякластеризующегосявеществаприиспользованиисмесейприблизительно на порядок ниже, чем при использовании чистого аргона,можно сделать вывод о том, что молекулярные кластеры, как и предполагалось, крупнееатомарных (аргоновых), полученных при сходных давлениях.99§4.2 Генерация характеристического рентгеновского излучения прилазерном возбуждении кластеров многоатомных молекул (SF6, CF3I и CF2Cl2)образующихся в присутствии газа-носителя (Ar, He)С помощью спектрометра Amptek были получены спектры рентгеновского излученияпри возбуждении молекулярных кластеров, образованных в смесях SF6 смесях SF6-Ar (1:8,20 атм), СF3I-Ar (1:15, 23 атм) и CF2Cl2-Ar (1:9, 30 атм) (Рис.
4. 3а). Каждый спектрнакапливался в однофотонном режиме (0,3-0,6 квантов/выстрел), в течение времени не менеечаса, так, чтобы амплитуда характеристической линии содержала около 30 отсчетов.Однофотонный режим достигался подбором диафрагмы, фильтров и воздушной прослойкимежду окном спектрометра и выходным окном вакуумной камеры для каждого случаяотдельно. В случае смеси CF3I-Ar – диаметр диафрагмы 1 мм, фильтр - 22 мкм алюминия и 8 смвоздуха, время накопления спектра – 9000 с (кривая пропускания данного набора фильтровпоказана на Рис.
4. 3а); SF6-Ar – диаметр диафрагмы 1 мм, 5 см воздуха, время накопленияспектра - 2370 c; CF2Cl2-Ar – диаметр диафрагмы 180 мкм, 6 см воздуха время накопленияспектра - 2765 с.В спектре, полученном из SF6-Ar в районе 3 кэВ, наблюдается «размытый» «пичок».После учета кривой пропускания фильтров он размывается еще больше. Ширина этого «пичка»много больше разрешения спектрометра, составляющего ≈200 эВ. Возможно, в данной областина тормозной фон накладывается характеристическая линия аргона, что может указывать нанезначительную кластеризацию аргона в используемой смеси.
Несмотря на это, в [14]кластеризация буферного газа отсутствовала, при использовании смеси Ar с SF6 с той жеконцентрацией, но при меньших давлениях (7 атм). Подробнее вопрос о возможнойкластеризации аргона в такой смеси будет обсуждаться в §4.6.1000301234567CF3I-Ar0,8пропускание фильтров8см воздух100мкм Be22мкм Al20101,0отсчеты2,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,0CF3I-Ar6000,64000,40,20301,58000,02008000SF6-ArSF6-Ar60020400102000308000CF2Cl2-ArCF2Cl2-Ar600204001002000123E, кэВ45671,52,02,53,03,54,04,55,05,5E, кэВа)6,06,57,0б)Рис.
4. 3. а) - амплитудные распределения для смесей CF3I-Ar (1:15, 23 атм), SF6-Ar(1:8, 20 атм) и CF2Cl2-Ar (1:9, 30 атм)(соответственно, сверху вниз). Для спектра из смеси CF3I-Ar указана кривая пропускания фильтров. б) - спектры с учетомпропускания фильтров.По методике, описанной в параграфе 3.3 главы 3, была сделана оценка выходарентгеновских квантов в 4π и эффективности генерации жесткого рентгеновского излучения(как характеристической линии, так и общего выхода) для смесей различной концентрации ипроведено сравнение с данными, полученными для кластеров аргона.
Оценки выходарентгеновскихквантовиэффективностигенерациирентгеновскогоизлучениядлянизкоконтрастного лазерного излучения (наносекундный контраст не хуже 10 5ипикосекундный - 2∙102) приведены в Табл.4. 1, для случая высококонтрастного излучения(наносекундный контраст 5·106, пикосекундный контраст 106) – в Табл.4. 2.Погрешность оценки выхода рентгеновских квантов, и, соответственно, эффективностигенерации, связана с тем, что усредненные данные получены с использованием малого числаспектров. При оценке полного выхода рентгеновских квантов, в дополнение к спектрам,обрабатывался еще и сигнал с ФЭУ. Для молекул фреона (CF2Cl2) измерялся только одинспектр, в этом случае учитывалась только погрешность, связанная с неточностью измерениявоздушной прослойки между спектрометром и выходным окном вакуумной камеры (±0,5 см –это составляет ошибку 9% в случае квантов с энергией порядка 4 кэВ), а также с неточностью101измерения диаметра диафрагмы перед спектрометром.
В экспериментах с фреономиспользовалась диафрагама диаметром 175±5 мкм.Табл.4. 1. Выход рентгеновского излучения и эффективность его генерации для молекулярных и аргоновых кластеров при«низком» контрасте лазерного излучения.Полный выходЭффективностьрентгеновскихквантов (засмесьимпульс)Выходконверсии вЭффективностьхарактеристическиххарактеристическуюконверсииквантов за импульслиниюAr (25 атм)(1,8 ±1,2) ∙106(1,5 ±0,9) ∙10−7 (1,4 ±0,9) ∙106(1,3 ±0,9) ∙10−7SF6-Ar (1:15, 20 атм)(1,3±0,3)∙107(2,5±0,6)∙10−6(9,1±2,1)∙106(6,7±1,6)∙10−7SF6-Ar (1:8, 20 атм)(8,7±2,5)∙106(1,7±0,5)∙10−6(6,1±1,8)∙106(4,5±1,3)∙10−7CF3I-Ar (15:1, 30 атм)(1,3±0,4)∙107(1,2±0,4)∙10−6(6,3±1,9)∙106(5,7±1,7)∙10−7CF3I-Ar (30:1, 20 атм)(1,1±0,6)∙107(7,7±3,9)∙10−7(2,1±1)∙106(1,9±1)∙10−7При «низком» контрасте лазерного излучения, выход характерических квантов иэффективность конверсии лазерного излучения в характеристическое рентгеновское, выше в≈5 раз для молекулярных кластеров (для всех смесей кроме CF3I-Ar с концентрацией 30:1) , посравнению с аргоновыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
